DE19857039A1 - Microelectronic structure - Google Patents
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Abstract
Es wird eine mikroelektronische Struktur vorgeschlagen, bei der eine erste leitfähige Schicht (20, 25) eine Sauerstoffdiffusion behindert. Dazu besteht die erste leitfähige Schicht (20, 25) aus einem Grundmaterial und mindestens einem sauerstoffbindenden Zusatz. Dieser weist zumindest ein Element aus der vierten Nebengrupe oder aus der Lanthangruppe auf. Bevorzugt wird die mikroelektronische Struktur bei Halbleiterspeicherbausteinen mit Metalloxiddielektrikum als Kondensatordielektrikum verwendet.A microelectronic structure is proposed, in which a first conductive layer (20, 25) prevents oxygen diffusion. For this purpose, the first conductive layer (20, 25) consists of a base material and at least one oxygen-binding additive. This has at least one element from the fourth subsidiary group or from the lanthanum group. The microelectronic structure is preferably used in the case of semiconductor memory components with a metal oxide dielectric as the capacitor dielectric.
Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie und betrifft eine mikroelektronische Struktur, die zumindest ein Substrat und eine erste leitfähige Schicht umfaßt. Derar tige mikroelektronische Strukturen werden insbesondere in Halbleiterspeichern verwendet.The invention is in the field of semiconductor technology and relates to a microelectronic structure that at least comprises a substrate and a first conductive layer. Derar term microelectronic structures are particularly in Semiconductor memories used.
Zur weiteren Erhöhung der Intregationsdichte bei Halbleiter speichern werden in zunehmendem Maße Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante (Epsilon<20) oder mit ferro elektrischen Eigenschaften verwendet. Die derzeit im Hauptin teresse stehenden Materialien sind Metalloxiddielektrika, die bei relativ hohen Temperaturen unter Anwesenheit von Sauer stoff abgeschieden werden. Prominente Vertreter sind bei spielsweise Barium-Strontium-Titanat ((Ba, Sr)TiO3, BST), Blei-Zirkonat-Titanat (PbZrTiO3, PZT), Strontium-Wismut- Tantalat (SrBi2Ta2O9, SBT) sowie Abkömmlinge vorgenannter Ma terialien. Die notwendigen hohen Abscheidetemperaturen sowie die vorhandene Sauerstoffatmosphäre stellen hohe Anforderun gen an die bereits gebildeten Strukturen auf den Halbleiter substraten, insbesondere an die untere Elektrode des Spei cherkondensators sowie an eine unter der Elektrode befindli che Barrierenschicht. Als Elektrodenmaterialien wurden insbe sondere sauerstoffresistente Edelmetalle vorgeschlagen. Da derartige Edelmetalle, insbesondere das bevorzugte Platin, mit Silizium störende Metallsilizide bilden, soll eine übli cherweise zwischen der Elektrode und dem Siliziumsubstrat bzw. Polysiliziumschicht angeordnete Barrierenschicht die Diffusion des Siliziums in die Platinelektrode verhindern. Die Barrierenschicht besteht aus Titan bzw. Titan- Titannitrid. Materials with a high dielectric constant (epsilon <20) or with ferroelectric properties are increasingly being used to further increase the density of intregation in semiconductor memories. The materials currently of main interest are metal oxide dielectrics, which are deposited at relatively high temperatures in the presence of oxygen. Prominent representatives include barium strontium titanate ((Ba, Sr) TiO 3 , BST), lead zirconate titanate (PbZrTiO 3 , PZT), strontium bismuth tantalate (SrBi 2 Ta 2 O 9 , SBT) and Descendants of the aforementioned materials. The necessary high deposition temperatures and the existing oxygen atmosphere place high demands on the structures already formed on the semiconductor substrates, in particular on the lower electrode of the storage capacitor and on a barrier layer located under the electrode. In particular, oxygen-resistant noble metals have been proposed as electrode materials. Since such noble metals, in particular the preferred platinum, form interfering metal silicides with silicon, a barrier layer usually arranged between the electrode and the silicon substrate or polysilicon layer should prevent the diffusion of the silicon into the platinum electrode. The barrier layer consists of titanium or titanium-titanium nitride.
Ungünstigerweise wird jedoch Titan bei den relativ hohen Ab scheidetemperaturen (oberhalb 500°C) relativ rasch oxidiert und verhindert dadurch eine leitende Verbindung zwischen der Elektrode und dem Silizium. Daher wurde eine Reihe von Maß nahmen vorgeschlagen, um die Barrierenschicht vor einer Oxi dation während der Abscheidung der Metalloxide zu schützen.Unfortunately, titanium becomes at the relatively high Ab cutting temperatures (above 500 ° C) oxidized relatively quickly and thereby prevents a conductive connection between the Electrode and the silicon. Hence a number of measures took suggested to the barrier layer before an oxi to protect dation during the deposition of metal oxides.
Eine Möglichkeit ist beispielsweise das Vergraben der Barrie re in einer sauerstoffresistenten Nitridschicht, die bei spielsweise in der US 5,619,393 vorgeschlagen ist. Bei dieser Lösung ist die Barrierenschicht kragenförmig von der Nitrid schicht umgeben und wird an ihrer Oberseite vollständig von der bis über den Kragen reichenden Elektrode bedeckt. Die Herstellung einer derartigen Struktur ist jedoch mit relativ vielen Verfahrensschritten verbunden. Eine weitere Möglich keit, das Problem der Oxidation der Barrierenschicht zu umge hen, besteht in der Verwendung einer Struktur, bei der nicht die untere Elektrode sondern die obere Elektrode über eine leitfähige Schicht mit dem zugeordneten Auswahltransistor verbunden ist. Dadurch kann auf eine leitfähige Barrieren schicht unterhalb der unteren Elektrode verzichtet werden. Ungünstigerweise beansprucht jedoch diese Struktur, die bei spielsweise in der US 5,122,477 beschrieben ist, relativ viel Platz und ist dadurch für höchstintegrierte Speicherbausteine nicht geeignet.For example, one option is to bury the Barrie re in an oxygen-resistant nitride layer, which at is proposed for example in US 5,619,393. At this Solution is the barrier layer collar-shaped from the nitride layer and is completely covered by covering the electrode reaching over the collar. The However, making such a structure is relative many process steps. Another possibility ability to reverse the problem of oxidation of the barrier layer hen is to use a structure that does not the lower electrode but the upper electrode via a conductive layer with the associated selection transistor connected is. This can create a conductive barrier layer below the lower electrode. Unfortunately, this structure claims that for example in US 5,122,477, relatively much Space and is therefore for highly integrated memory modules not suitable.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine mikroelektronische Struktur vorzuschlagen, die einen einfachen und sicheren Schutz einer sauerstoffempfindlichen Schicht ermöglicht, so wie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Struktur anzugeben.It is therefore an object of the invention to provide a microelectronic Propose structure that is simple and safe Protection of an oxygen sensitive layer enables, so such as a method of making such a structure specify.
Diese Aufgabe wird bei einer mikroelektronischen Struktur der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste leitfähige Schicht aus zumindest einem Grundmateri al mit zumindest einem sauerstoffbindenden Zusatz besteht, der zumindest ein Element aus der 4. Nebengruppe oder aus der Lanthangruppe enthält.This task is carried out with a microelectronic structure initially mentioned type solved according to the invention in that the first conductive layer made of at least one basic material al with at least one oxygen-binding additive, the at least one element from the 4th subgroup or from the Contains lanthanum group.
Die Grundidee der Erfindung ist, eine leitfähige Schicht mit geeigneten sauerstoffbindenden Zusätzen zu versehen. Diese sollen eine Diffusion von Sauerstoff bzw. von diffusionsfreu digen Oxiden verhindern und so die unter der leitfähigen Schicht befindlichen Strukturen vor einer Oxidation schützen. Zu diesem Zweck besteht die erste leitfähige Schicht aus zu mindest einem Grundmaterial, das einerseits elektrisch lei tend und andererseits weitestgehend sauerstoffresistent ist, und in das der sauerstoffbindende Zusatz möglichst gleichmä ßig verteilt ist. Wichtig ist, daß der sauerstoffbindende Zu satz bereits vor der Sauerstoffeinwirkung auf die zu schüt zenden Strukturen in dem Grundmaterial vorhanden ist und da durch eine Sauerstoffdiffusion durch die erste leitfähige Schicht hindurch verhindert.The basic idea of the invention is to have a conductive layer suitable oxygen-binding additives. This should diffuse oxygen or diffusion-free prevent oxides and thus those under the conductive Protect layer structures from oxidation. For this purpose, the first conductive layer consists of at least one basic material that on the one hand is electrically conductive tend and on the other hand is largely resistant to oxygen, and in which the oxygen-binding additive is as uniform as possible is widely distributed. It is important that the oxygen-binding Zu already before the exposure to oxygen structures are present in the base material and there through oxygen diffusion through the first conductive Prevents shift through.
Üblicherweise bildet der zumindest eine sauerstoffbindende Zusatz mit dem Grundmaterial, das aus einer oder mehreren Komponenten bestehen kann, eine Legierung bzw. eine Misch schicht, wobei der sauerstoffbindenden Zusatz im Grundmateri al zumindest teilweise auch als feinverteilte Ausscheidung vorliegen kann. Vorteile einer gleichmäßigen Verteilung des sauerstoffbindenden Zusatzes sind insbesondere die gleichmä ßige Sauerstoffresorptionsfähigkeit der ersten leitfähigen Schicht, die Anpassung der Resorptionsfähigkeit durch Varia tion der Schichtdicke der ersten leitfähigen Schicht und eine gleichmäßige und weitestgehend spannungsfreie Volumenzunahme infolge der Sauerstoffbindung.Usually it forms at least one oxygen scavenger Addition with the basic material consisting of one or more Components can consist of an alloy or a mixture layer, the oxygen-binding additive in the base material al at least partially as a finely divided excretion can be present. Advantages of an even distribution of the oxygen-binding additives are in particular the even ßigen oxygen absorption capacity of the first conductive Layer, the adaptation of resorption by Varia tion of the layer thickness of the first conductive layer and a even and largely tension-free volume increase due to the oxygen binding.
Als vorteilhafte sauerstoffbindende Zusätze haben sich insbe sondere Elemente aus der vierten Nebengruppe und aus der Lanthangruppe erwiesen, wobei insbesondere Zirkon, Hafnium, Cer oder eine Kombination dieser Elemente bevorzugt wird. Günstig ist weiterhin, den sauerstoffbindenden Zusatz dem Grundmaterial in einem Gewichtsanteil zwischen 0,5% und 20%, bevorzugt zwischen 1% und 10%, beizumengen.In particular, there have been advantageous oxygen-binding additives special elements from the fourth subgroup and from the Lanthanum group, with zirconium, hafnium, Cerium or a combination of these elements is preferred. The oxygen-binding additive is also favorable Base material in a weight proportion between 0.5% and 20%, preferably between 1% and 10%.
Geeignete Grundmaterialien für die erste leitfähige Schicht sind Edelmetalle, insbesondere Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Osmium, Rhenium, leitfähige Oxide vorge nannter Metalle oder ein Gemisch der vorgenannten Verbindun gen und Elemente.Suitable base materials for the first conductive layer are precious metals, especially platinum, palladium, rhodium, Iridium, ruthenium, osmium, rhenium, conductive oxides named metals or a mixture of the aforementioned compounds conditions and elements.
Weiterhin wird bevorzugt, daß die mikroelektronische Struktur ein Metalloxiddielektrikum aufweist, das zumindest teilweise die erste leitfähige Schicht bedeckt. Das Metalloxiddielek trikum dient insbesondere bei Halbleiterspeichern als Konden satordielektrikum, wobei die erste leitfähige Schicht zumin dest Teil einer Elektrode des Speicherkondensators ist. Da das Metalloxiddielektrikum üblicherweise unmittelbar auf die erste leitfähige Schicht aufgebracht wird, ist bei dessen Ab scheidung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre eine bevorzugt un ter der ersten leitfähigen Schicht befindliche Barrieren schicht vor dem Sauerstoffangriff zu schützen. Dies wird durch den sauerstoffbindenden Zusatz, bevorzugt durch Hafni um, in der ersten leitfähigen Schicht erreicht.It is further preferred that the microelectronic structure has a metal oxide dielectric that is at least partially covered the first conductive layer. The metal oxide laminate trikum serves as a condenser, particularly in semiconductor memories satiel dielectric, the first conductive layer at least least part of an electrode of the storage capacitor. There the metal oxide dielectric usually directly on the first conductive layer is applied, is at its Ab divorce in an oxygen-containing atmosphere is preferred barriers located behind the first conductive layer protect layer from oxygen attack. this will by the oxygen-binding additive, preferably by Hafni um, reached in the first conductive layer.
Das Metalloxiddielektrikum besteht bevorzugt aus einer Ver bindung der allgemeinen Art ABO, wobei O für Sauerstoff, A und B für jeweils mindestens ein Element aus der Gruppe Bari um, Strontium, Tantal, Titan, Blei, Zirkon, Niob, Lanthan, Kalzium und Kalium steht. Die allgemeine Verbindung ABO weist oftmals eine perowskitähnliche Kristallstruktur auf, die ent scheidend für die angestrebten dielektrischen (hohe Dielek trizitätskonstante) oder für die ferroelektrischen Eigen schaften sind. Ein Beispiel einer derartigen Verbindung ist SrBi2Ta2O9. The metal oxide dielectric preferably consists of a compound of the general type ABO, where O is oxygen, A and B are each at least one element from the group barium, strontium, tantalum, titanium, lead, zirconium, niobium, lanthanum, calcium and potassium . The general compound ABO often has a perovskite-like crystal structure, which is crucial for the desired dielectric (high dielectric constant) or for the ferroelectric properties. An example of such a compound is SrBi 2 Ta 2 O 9 .
Zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Metal loxiddielektrikums ist bevorzugt zwischen der ersten leitfä higen Schicht und dem Metalloxiddielektrikum eine zweite leitfähige Schicht angeordnet, die bevorzugt aus einem Edel metall, insbesondere Platin besteht. Diese zusätzliche leit fähige Schicht stellt einerseits eine innerte und glatte Grenzfläche zum Aufwachsen des Metalloxiddielektrikums dar und unterstützt andererseits das Kristallwachstum des Metal loxiddielektrikums während seiner Abscheidung bzw. während einer nachfolgenden Temperaturbehandlung und stellt darüber hinaus einen zusätzlichen Oxidationsschutz dar.To improve the electrical properties of the metal Oxide dielectric is preferred between the first conductive layer and the metal oxide dielectric a second conductive layer arranged, preferably made of a noble metal, especially platinum. This additional lead capable layer provides on the one hand an inner and smooth Interface for the growth of the metal oxide dielectric and on the other hand supports the crystal growth of the metal Oxide dielectric during its deposition or during a subsequent temperature treatment and places above additional protection against oxidation.
Die Bindungskapazität der ersten leitfähigen Schicht hin sichtlich des Sauerstoffs sollte durch Wahl der Beimengungs höhe geeignet eingestellt werden, so daß weitere zusätzliche sauerstoffdiffusionshindernde Schichten nicht notwendig sind. So ist beispielsweise eine Beimengung zwischen 8 und 10% aus reichend, um die bei der Abscheidung bzw. Temperung der Me talloxiddielektrika auftretende Sauerstoffdiffusion durch die erste leitfähige Schicht mit einer Dicke von etwa 100 nm hin durch nahezu vollständig zu unterdrücken. Dadurch kann die erste leitfähige Schicht zur Kostenersparnis dünner ausge führt werden.The binding capacity of the first conductive layer Visibly the oxygen should be chosen by the addition Height can be set appropriately, so that additional layers that prevent oxygen diffusion are not necessary. For example, an admixture between 8 and 10% is off sufficient to compensate for the separation or tempering of the me talloxide dielectrics occurring oxygen diffusion through the first conductive layer with a thickness of about 100 nm by suppressing it almost completely. This allows the first conductive layer thinner to save costs leads.
Der zweite Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren
zum Herstellen einer mikroelektronischen Struktur, die zumin
dest ein Substrat und eine erste leitfähige Schicht umfaßt,
wobei die erste leitfähige Schicht aus zumindest einem Grund
material mit zumindest einem sauerstoffbindenden Zusatz be
steht, der zumindest ein Element aus der 4. Nebengruppe oder
aus der Lanthangruppe enthält, mit folgenden Schritten:
The second part of the object is achieved by a method for producing a microelectronic structure which comprises at least one substrate and a first conductive layer, the first conductive layer consisting of at least one base material with at least one oxygen-binding additive, which is at least one element from the 4th subgroup or from the lanthanum group, with the following steps:
- - Bereitstellen des Substrats; und - providing the substrate; and
- - gleichzeitiges Aufbringen des Grundmaterials und des sauer stoffbindenden Zusatzes auf das Substrat zur Bildung der ersten leitfähigen Schicht.- simultaneous application of the base material and the acid substance-binding additive on the substrate to form the first conductive layer.
Bei diesem Verfahren wird das Grundmaterial und der sauer stoffbindende Zusatz bevorzugt gleichzeitig auf das Substrat aufgebracht, so daß sich dort die erste leitfähige Schicht als Gemisch aus dem Grundmaterial und dem sauerstoffbindenden Zusatz herausbildet. Bei geeigneter Wahl der Abscheidetempe raturen und der Höhe der Beimengung des sauerstoffbindenden Zusatzes kann letzterer zumindest teilweise aus dem Grundma terial ausgeschieden werden oder zusammen mit dem Grundmate rial einen Mischkristall bilden.With this process, the base material and the acid fabric-binding additive preferably simultaneously on the substrate applied so that there is the first conductive layer as a mixture of the basic material and the oxygen-binding Addition forms. With a suitable choice of the separation temperature ratures and the amount of admixture of the oxygen-binding The latter can be added at least in part from the basic measure material or together with the basic material rial form a mixed crystal.
Günstig ist, das Grundmaterial und den sauerstoffbindenden Zusatz durch ein physikalisches Zerstäubungsverfahren (Sputtern) auf das Substrat aufzubringen. Dies erfolgt bevor zugt unter Verwendung einer gemeinsamen Quelle für das Grund material und den sauerstoffbindenden Zusatz, wobei dies in einfacher Art und Weise durch ein aus dem Grundmaterial be stehendes Sputtertarget mit aufgelegten Scheiben, die den sauerstoffbindenden Zusatz enthalten, erfolgt. Dadurch ist es nicht nötig, einen Mischquelle bereitzustellen. Vielmehr las sen sich die Art des sauerstoffbindenden Zusatzes und seine Beimengungshöhe in einfacher Art und Weise variieren.Is cheap, the basic material and the oxygen-binding Addition through a physical atomization process (Sputtering) onto the substrate. This is done before moves using a common source for the reason material and the oxygen binding additive, this in simple way by be from the base material standing sputtering target with disks placed on it contain oxygen-binding additive. That’s it no need to provide a mixed source. Rather read the type of oxygen binding additive and its The amount of admixture can be varied in a simple manner.
Beispielsweise wird zur Herstellung einer Iridiumschicht mit einem sauerstoffbindenden Hafniumzusatz bevorzugt bei einem Druck von etwa 0,02 mbar und einer Substrattemperatur von et wa 200°C gearbeitet.For example, using an iridium layer an oxygen-binding hafnium additive, preferably one Pressure of about 0.02 mbar and a substrate temperature of et wa worked 200 ° C.
Nach dem Aufbringen der ersten leitfähigen Schicht wird das Metalloxiddielektrikum mittels MOCVD-Verfahren bzw. Spin-On- Verfahren aufgebracht. After the application of the first conductive layer, the Metal oxide dielectric using the MOCVD process or spin-on Process applied.
Bevorzugt wird die mikroelektronische Struktur in einer Spei chervorrichtung verwendet, wobei die erste leitfähige Schicht eine erste Elektrode darstellt, die zusammen mit einer weite ren Elektrode und den zwischen diesen Elektroden angeordneten Metalloxiddielektrikum einen Speicherkondensator bilden. Be vorzugt ist eine Vielzahl von derartigen Speicherkondensato ren auf einem Substrat angeordnet.The microelectronic structure is preferred in a memory device used, the first conductive layer represents a first electrode, which together with a wide Ren electrode and arranged between these electrodes Metal oxide dielectric form a storage capacitor. Be A large number of such storage capacitors is preferred ren arranged on a substrate.
Die mikroelektronische Struktur eignet sich darüber hinaus generell als Sauerstoffdiffusionsbarriere, um sauerstoffemp findliche Bereiche der mikroelektronischen Struktur, insbe sondere einer Halbleiterstruktur, vor einem Sauerstoffangriff zu schützten.The microelectronic structure is also suitable generally as an oxygen diffusion barrier to prevent oxygen sensitive areas of the microelectronic structure, esp especially a semiconductor structure, before an oxygen attack to protect.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels beschrieben und in einer Zeichnung dargestellt. Es zeigen:In the following, the invention is illustrated by means of an embodiment game described and shown in a drawing. It demonstrate:
Fig. 1 bis 3 verschiedene Ausführungsformen von Spei cherkondensatoren unter Verwendung der erfindungsgemäßen mikroelektronischen Struktur, und Fig. 1 to 3 show various embodiments of SpeI cherkondensatoren using the microelectronic structure according to the invention, and
Fig. 4 einen Sputterreaktor zum Herstellen einer derartigen mikroelektronischen Struktur. Fig. 4 is a Sputterreaktor of manufacturing such a microelectronic structure.
In Fig. 1 ist ein Speicherkondensator 5 dargestellt, der auf einem Substrat 10 angeordnet ist. Der Speicherkondensator 5 umfaßt eine untere Elektrode 15, die schichtweise aus einer Iridiumoxidschicht 20, einer Iridiumschicht 25 und einer Pla tenschicht 30 aufgebaut ist. Optional ist auch die Verwendung von Rutheniumoxid und Ruthenium anstelle von Iridiumoxid und Iridium möglich. Zusammen stellen die Iridiumoxidschicht 20 und die Iridiumschicht 25 die erste leitfähige Schicht dar. Zumindest eine der Iridiumoxid- 20 bzw. Iridiumschichten 25 enthält einen sauerstoffbindenden Zusatz, der bevorzugt durch Hafnium gebildet wird. Dieser kann in Abhängigkeit von seiner Beimengungshöhe zwischen 1% und 10% mit der jeweiligen Schicht ein Mischkristall bilden bzw. teilweise als Ausschei dung vorliegen.In Fig. 1, a storage capacitor 5 is shown disposed on a substrate 10. The storage capacitor 5 comprises a lower electrode 15 which is built up in layers from an iridium oxide layer 20 , an iridium layer 25 and a plate layer 30 . Optionally, the use of ruthenium oxide and ruthenium instead of iridium oxide and iridium is also possible. Together, the iridium oxide layer 20 and the iridium layer 25 constitute the first conductive layer. At least one of the iridium oxide 20 and iridium layers 25 contains an oxygen-binding additive, which is preferably formed by hafnium. Depending on its level of admixture, this can form a mixed crystal with the respective layer between 1% and 10% or can be present in part as a precipitate.
Die Platinschicht 30 stellt bei der vorliegenden Ausführungs form die zweite leitfähige Schicht dar. Die schichtweise auf gebaute untere Elektrode 15 wurde bevorzugt durch gemeinsames Ätzen der drei Schichten 20, 25 und 30 strukturiert. Dies er folgt beispielsweise durch einen anisotropen Ätzvorgang mit hoher physikalischer Komponente, die beispielsweise bei einem Argonsputterprozeß erreicht wird. Unterstützend kann dem Ar gonplasma Chlor oder Bromwasserstoff (HBr) beigemengt sein.In the present embodiment, the platinum layer 30 represents the second conductive layer. The layered lower electrode 15 was preferably structured by etching the three layers 20 , 25 and 30 together . This is done, for example, by an anisotropic etching process with a high physical component, which is achieved, for example, in an argon sputtering process. Chlorine or hydrogen bromide (HBr) can also be added to the plasma.
Unterhalb der unteren Elektrode 15 befindet sich eine titan haltige Barrierenschicht 35. Diese dient einerseits zur Ver besserung der Hafteigenschaften der unteren Elektrode 15 auf dem Substrat 10 und andererseits zur Verhinderung einer Sili ziumdiffusion. Dies ist insbesondere deswegen notwendig, da die untere Elektrode 15 durch ein mit Polysilizium gefülltes Kontaktloch 40 in dem Substrat 10 mit einem hier nicht näher dargestellten Auswahltransistor verbunden ist. Die aus Titan- Titannitrid bestehende Barrierenschicht 35 wird bevorzugt ge meinsam mit der unteren Elektrode 15 strukturiert. Dadurch ist nur ein einzige Ätzschritt für die aus unterer Elektrode 15 und Barrierenschicht 35 bestehende Struktur notwendig.A titanium-containing barrier layer 35 is located below the lower electrode 15 . This serves on the one hand to improve the adhesive properties of the lower electrode 15 on the substrate 10 and on the other hand to prevent silicon diffusion. This is particularly necessary because the lower electrode 15 is connected to a selection transistor (not shown here) through a contact hole 40 in the substrate 10 filled with polysilicon. The barrier layer 35 consisting of titanium-titanium nitride is preferably structured together with the lower electrode 15 . As a result, only a single etching step is necessary for the structure consisting of lower electrode 15 and barrier layer 35 .
Die untere Elektrode 15 ist vollständig von einer SBT-Schicht 45 bedeckt, wobei letztere das Metalloxiddielektrikum dar stellt. Die SBT-Schicht 45 hat somit auch einen unmittelbaren Kontakt zu den Randbereichen der Barrierenschicht 35. Das be deutet, daß diese Bereiche bei der Abscheidung der SBT- Schicht 45 ungeschützt sind. Da jedoch die Eindringtiefe der Sauerdiffusion in die Barrierenschicht 35 begrenzt ist, wird nicht die gesamte Barrierenschicht 35 oxidiert sondern nur die unmittelbar an die SBT-Schicht 45 angrenzenden Bereiche. Der Zentralbereich der Barrierenschicht 35, der sich insbe sondere im Bereich des Kontaktlochs 40 befindet, wird vor der Oxidation durch die darüber angeordnete untere Elektrode 15 und insbesondere durch den in der Iridiumoxidschicht 20 bzw. Iridiumschicht 25 befindlichen Hafniumzusatz geschützt. Au ßerdem wirkt die Iridiumschicht 25 selbst bereits als Schutz schicht, da Iridium bei den SBT-Prozessbedingungen (etwa 800°C, sauerstoffhaltige Atmosphäre) zumindest teilweise oxi diert wird und dadurch die Sauerstoffdiffusion behindert.The lower electrode 15 is completely covered by an SBT layer 45 , the latter being the metal oxide dielectric. The SBT layer 45 thus also has direct contact with the edge regions of the barrier layer 35 . This means that these areas are unprotected when the SBT layer 45 is deposited. However, since the depth of penetration of the acid diffusion into the barrier layer 35 is limited, the entire barrier layer 35 is not oxidized, but only the areas immediately adjacent to the SBT layer 45 . The central region of the barrier layer 35 , which is located in particular in the region of the contact hole 40 , is protected from oxidation by the lower electrode 15 arranged above it and in particular by the hafnium additive located in the iridium oxide layer 20 or iridium layer 25 . In addition, the iridium layer 25 itself already acts as a protective layer, since iridium is at least partially oxidized under the SBT process conditions (about 800 ° C., oxygen-containing atmosphere) and thereby impedes oxygen diffusion.
Nach dem Aufbringen der SBT-Schicht wird ganzflächig eine weitere Elektrode 50 auf die SBT-Schicht 45 abgeschieden. Zu sammen mit der unteren Elektrode 15 und der SBT-Schicht 45 bildet die weitere Elektrode 50 den ferroelektrischen Spei cherkondensator 5.After the SBT layer has been applied, a further electrode 50 is deposited over the entire surface of the SBT layer 45 . Together with the lower electrode 15 and the SBT layer 45 , the further electrode 50 forms the ferroelectric storage capacitor 5 .
Ein verbesserter Schutz der Barrierenschicht 35 ist mit der in Fig. 2 dargestellten Struktur möglich. Bei dieser bedeckt die Platinschicht 30 auch die Seitenbereiche des Schichtsta pels bestehend aus der Barrierenschicht 35, der Iridiumoxid schicht 20 und der Iridiumschicht 25, so daß die SBT-Schicht 45 keinen unmittelbaren Kontakt zur Barrierenschicht 35 hat. Günstig bei dieser Struktur ist weiterhin, daß die gesamte Grenzfläche der unteren Elektrode 15 zur SBT-Schicht 45 von der Platinschicht 30 gebildet wird und dadurch die Grenzflä cheneigenschaften und die Speichereigenschaften der SBT- Schicht 45 verbessert werden.Improved protection of the barrier layer 35 is possible with the structure shown in FIG. 2. In this case, the platinum layer 30 also covers the side regions of the layer stack consisting of the barrier layer 35 , the iridium oxide layer 20 and the iridium layer 25 , so that the SBT layer 45 has no direct contact with the barrier layer 35 . In this structure, it is also advantageous that the entire interface of the lower electrode 15 with the SBT layer 45 is formed by the platinum layer 30 , thereby improving the interface properties and the storage properties of the SBT layer 45 .
Eine weitere Struktur ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser ist die Barrierenschicht 35 nur im Bereich des Kontaktlochs 40 ausgebildet, so daß die Barrierenschicht 35 vollständig von der Iridiumoxidschicht 20 bedeckt ist. Dadurch ist die Barrierenschicht 35 vollständig vor einer Oxidation bei der SBT-Abscheidung geschützt. Optional kann auch bei dieser Struktur die Platinschicht 30 über die Seitenbereiche der Iridiumoxidschicht 20 und der Iridiumschicht 25 geführt wer den, um die Kondensatoreigenschaften zu verbessern.Another structure is shown in FIG. 3. In this case, the barrier layer 35 is formed only in the region of the contact hole 40 , so that the barrier layer 35 is completely covered by the iridium oxide layer 20 . As a result, the barrier layer 35 is completely protected against oxidation during the SBT deposition. Optionally, in this structure too, the platinum layer 30 can be guided over the side regions of the iridium oxide layer 20 and the iridium layer 25 in order to improve the capacitor properties.
Es hat sich gezeigt, daß die Sauerstoffaufnahme bei Verwen dung von Hafnium nur zu einer relativ geringen Volumenerhö hung der Iridiumoxid- bzw. der Iridiumschicht 20, 25 führt, so daß eventuell dadurch auftretende mechanische Spannungen nicht zu Schädigungen führen.It has been shown that the oxygen uptake when using hafnium only leads to a relatively small increase in volume of the iridium oxide or iridium layer 20 , 25 , so that mechanical stresses which may occur do not lead to damage.
Zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer mikroelektronischen Struktur, bei der die erste leitfähige Schicht aus einem Grundmatierial und einem sauerstoffbindenden Zusatz besteht, wird auf die Fig. 4 ver wiesen. Schematisch ist hier ein Sputterreaktor 55 darge stellt, der einen Substratträger 60 und einen Targethalter 65 aufweist, die gleichzeitig als Kathode bzw. Anode dienen. Auf dem Substratträger 60 befindet sich ein Siliziumwafer 70, der im weiteren das Substrat 10 darstellt. Am gegenüber dem Sili ziumwafer 70 angeordneten Targethalter 65 ist eine Iridium scheibe 75 mit aufgelegten Hafniumscheiben 80 befestigt. Die se Scheiben stellen zusammen die gemeinsame Quelle während des Sputterverfahrens dar. Durch Wahl der Scheibengröße der Hafniumscheibe läßt sich der Anteil des abgeschiedenen Hafni ums einstellen. Hafnium und Iridium werden gemeinsam durch das im Sputterreaktor 55 angeregte Argonplasma aus den jewei ligen Quellen herausgeschlagen und als Gemisch auf den Sili ziumwafer 70 aufgetragen. Es ist auch möglich, die Iridium scheibe 75 durch eine Iridiumoxidscheibe zu ersetzen.To illustrate the method according to the invention for producing a microelectronic structure in which the first conductive layer consists of a basic material and an oxygen-binding additive, reference is made to FIG. 4. Schematically here is a sputter reactor 55 Darge, which has a substrate carrier 60 and a target holder 65 , which simultaneously serve as a cathode or anode. A silicon wafer 70 is located on the substrate carrier 60 , which further represents the substrate 10 . On the opposite of the silicon wafer 70 arranged target holder 65 , an iridium disk 75 with attached hafnium disks 80 is attached. These disks together represent the common source during the sputtering process. By selecting the disk size of the hafnium disk, the proportion of the deposited hafnium can be adjusted. Hafnium and iridium are knocked out of the respective sources by the argon plasma excited in the sputter reactor 55 and applied as a mixture to the silicon wafer 70 . It is also possible to replace the iridium disk 75 with an iridium oxide disk.
Zur Verbesserung der Haftfestigkeit der gesputterten Schich ten auf dem Siliziumwafer 70 kann dieser durch eine unterhalb des Wafers angebrachte Heizung geheizt werden. Günstige Tem peraturen liegen im Bereich 200° bis 500°C. To improve the adhesive strength of the sputtered layers th on the silicon wafer 70 , this can be heated by a heater attached below the wafer. Favorable temperatures are in the range of 200 ° to 500 ° C.
55
Speicherkondensator
Storage capacitor
1010th
Substrat
Substrate
1515
unter Elektrode
under electrode
2020th
Iridiumoxidschicht (Rutheniumoxid)/erste
leitfähige Schicht
Iridium oxide layer (ruthenium oxide) / first conductive layer
2525th
Iridiumschicht (Ruthenium)/erste leitfähige
Schicht
Iridium layer (ruthenium) / first conductive layer
3030th
Platinschicht/zweite leitfähige Schicht
Platinum layer / second conductive layer
3535
Barrierenschicht
Barrier layer
4040
Kontaktloch
Contact hole
4545
SBT-Schicht/Metalloxiddielektrikum
SBT layer / metal oxide dielectric
5050
weitere Elektrode
another electrode
5555
Sputterreaktor
Sputter reactor
6060
Substratträger
Substrate carrier
6565
Targethalter
Target holder
7070
Siliziumwafer
Silicon wafer
7575
Iridiumscheibe
Iridium disc
8080
Hafniumscheibe
Hafnium disc
Claims (18)
- - Bereitstellen des Substrats (10); und
- - gleichzeitiges Aufbringen des Grundmaterials und des sauer stoffbindenden Zusatzes auf das Substrat (10) zur Bildung der ersten leitfähigen Schicht (20, 25).
- - Providing the substrate ( 10 ); and
- - Simultaneous application of the base material and the oxygen-binding additive to the substrate ( 10 ) to form the first conductive layer ( 20 , 25 ).
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